電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）AI的需求帶動(dòng)了數(shù)據(jù)中心的升級(jí)需频，高算力AI芯片帶來(lái)了更高的功率漓帅，以至于當(dāng)前數(shù)據(jù)中心整機(jī)柜的功率提升幅度也相當(dāng)驚人。納微半導(dǎo)體預(yù)測(cè)炕泳，2024年數(shù)據(jù)中心整機(jī)柜功率平均達(dá)到100kW纵诞，到2025年將提升至150kW，并繼續(xù)保持高增長(zhǎng)至2027年可能將會(huì)達(dá)到360kW培遵。

整機(jī)柜的功率提升浙芙，也對(duì)服務(wù)器電源提出了更高的要求，需要更高的功率密度和更高的轉(zhuǎn)換效率籽腕。納微在中國(guó)電源學(xué)會(huì)年會(huì)2024上嗡呼，介紹了一種服務(wù)器電源方案纸俭，采用GaN HEMT IC+Si MOSFET的組合，峰值效率能夠達(dá)到99.4%南窗，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)前服務(wù)器電源80Plus鈦金級(jí)最高96%的效率要求终睦。

3.2kW GaN基交錯(cuò)并聯(lián)圖騰柱PFC

一般在2.7kW到4.5kW的中大功率服務(wù)器電源中，都會(huì)采用二級(jí)拓?fù)浼軜?gòu)谨跌，其中后級(jí)一般使用全橋或半橋LLC否抛，主要采用變頻控制，可以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)全头，效率能夠達(dá)到98%以上肛巫。

而前級(jí)則采用交錯(cuò)并聯(lián)的PFC，控制方法更加多樣咽露，而且工作方式不同衅惠，效率也會(huì)有很大差異。因此在前級(jí)會(huì)是提升電源效率的改進(jìn)重點(diǎn)者只。

PFC主要有兩種工作模式哗饭，包括電流連續(xù)模式（CCM）和臨界導(dǎo)通模式（CrM）。CCM模式的好處是紋波電流小蔑懈，導(dǎo)通損耗小琉阱，而且可以在100kHz以下定頻工作；但也有缺點(diǎn)拐迁，比如主開(kāi)關(guān)管硬開(kāi)通蹭劈，開(kāi)關(guān)損耗大，峰值效率只能做到99%线召。

而CrM的優(yōu)勢(shì)相比CCM非常明顯铺韧，首先是可以實(shí)現(xiàn)所有開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)，能夠?qū)㈤_(kāi)關(guān)損耗做到最低缓淹，因此峰值效率進(jìn)一步提升到99.4%哈打。在99%以上，每0.1%的效率提升都伴隨著更多的難題讯壶，包括開(kāi)關(guān)頻率帶來(lái)的損耗料仗、散熱、驅(qū)動(dòng)伏蚊、EMI等一系列問(wèn)題立轧。

納微半導(dǎo)體高級(jí)應(yīng)用工程師余文浩也表示，CrM的問(wèn)題在于紋波電流會(huì)比較大躏吊，導(dǎo)致?lián)p耗相對(duì)較高肺孵，同時(shí)變頻工作下驅(qū)動(dòng)算法會(huì)更加復(fù)雜。但依然要采用CrM颜阐，必然有更深層的原因盘塘。

據(jù)介紹裤泄，CrM由于可以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，可以將頻率提升至幾百K甚至兆赫茲的水平告傻，也就能大幅提高功率密度几崔，同時(shí)保持高效率。而主要的技術(shù)難點(diǎn)在于三個(gè)方面蝠题，包括系統(tǒng)閉環(huán)控制影塑、相位交錯(cuò)控制、全范圍ZVS（零電壓開(kāi)關(guān)）殷宴。

圖源：納微半導(dǎo)體

納微基于這些控制難點(diǎn)徘繁，推出了一個(gè)99.4%效率的3.2kW GaN基交錯(cuò)并聯(lián)圖騰柱PFC平臺(tái)，在開(kāi)關(guān)管方面窜货，選擇了4顆納微GaN Safe系列的NV6515（650V,32mΩ max）IC嘹券，和2顆英飛凌IPT60R040S7 硅MOSFET，并且提供40微亨和200微亨兩種電感規(guī)格末雪，分別為高效率和高功率密度場(chǎng)景設(shè)計(jì)犀村。

圖源：納微半導(dǎo)體

在實(shí)測(cè)的效率曲線中，在使用200微亨電感材彪，CrM開(kāi)關(guān)頻率在300K左右時(shí)观挎，峰值效率可以達(dá)到99.447%。但這主要適用于體積不受限段化，追求極致效率的場(chǎng)景嘁捷。如果是需要對(duì)功率密度有要求的場(chǎng)景，CrM開(kāi)關(guān)頻率則要做到500K或者更高显熏，這個(gè)時(shí)候峰值效率也可以額達(dá)到99.3%的高等級(jí)雄嚣。

小結(jié)

在服務(wù)器電源的發(fā)展中，隨著AI芯片的算力越來(lái)越高佃延，功耗越來(lái)越大现诀，電源的高功率密度和高效率將會(huì)越來(lái)越重要夷磕。在高效率電源中履肃，采用第三代半導(dǎo)體器件，以及創(chuàng)新的電源架構(gòu)坐桩，將會(huì)是未來(lái)的趨勢(shì)尺棋。

（梁浩斌 電子發(fā)燒友網(wǎng)）

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